SplitTris/fg_geodesy.c

   1 /**************************************************************************
   2  * fg_geodesy.c -- routines to convert between geodetic and geocentric
   3  *                 coordinate systems.
   4  *
   5  * Copied and adapted directly from LaRCsim/ls_geodesy.c
   6  *
   7  * See below for the complete original LaRCsim comments.
   8  *
   9  * $Id$
  10  * (Log is kept at end of this file)
  11  **************************************************************************/
  12
  13
  14 #include <math.h>
  15
  16 #include <Include/fg_constants.h>
  17
  18 #include "fg_geodesy.h"
  19
  20
  21 /* ONE_SECOND is pi/180/60/60, or about 100 feet at earths' equator */
  22 #define ONE_SECOND 4.848136811E-6
  23
  24
  25 /* fgGeocToGeod(lat_geoc, radius, *lat_geod, *alt, *sea_level_r)
  26  *     INPUTS:
  27  *         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  28  *         radius       C.G. radius to earth center, ft
  29  *
  30  *     OUTPUTS:
  31  *         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  32  *         alt          C.G. altitude above mean sea level, ft
  33  *         sea_level_r  radius from earth center to sea level at
  34  *                      local vertical (surface normal) of C.G.
  35  */
  36
  37 void fgGeocToGeod( double lat_geoc, double radius, double
  38                    *lat_geod, double *alt, double *sea_level_r )
  39 {
  40     double t_lat, x_alpha, mu_alpha, delt_mu, r_alpha, l_point, rho_alpha;
  41     double sin_mu_a, denom,delt_lambda, lambda_sl, sin_lambda_sl;
  42
  43     if( ( (FG_PI_2 - lat_geoc) < ONE_SECOND )     /* near North pole */
  44         || ( (FG_PI_2 + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   /* near South pole */
  45     {
  46         *lat_geod = lat_geoc;
  47         *sea_level_r = EQUATORIAL_RADIUS_KM*E;
  48         *alt = radius - *sea_level_r;
  49     } else {
  50         t_lat = tan(lat_geoc);
  51         x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS_KM/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
  52         mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ_KM - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
  53         if (lat_geoc < 0) mu_alpha = - mu_alpha;
  54         sin_mu_a = sin(mu_alpha);
  55         delt_lambda = mu_alpha - lat_geoc;
  56         r_alpha = x_alpha/cos(lat_geoc);
  57         l_point = radius - r_alpha;
  58         *alt = l_point*cos(delt_lambda);
  59         denom = sqrt(1-EPS*EPS*sin_mu_a*sin_mu_a);
  60         rho_alpha = EQUATORIAL_RADIUS_KM*(1-EPS)/
  61             (denom*denom*denom);
  62         delt_mu = atan2(l_point*sin(delt_lambda),rho_alpha + *alt);
  63         *lat_geod = mu_alpha - delt_mu;
  64         lambda_sl = atan( E*E * tan(*lat_geod) ); /* SL geoc. latitude */
  65         sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  66         *sea_level_r =
  67             sqrt(RESQ_KM / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  68     }
  69 }
  70
  71
  72 /* fgGeodToGeoc( lat_geod, alt, *sl_radius, *lat_geoc )
  73  *     INPUTS:
  74  *         lat_geod     Geodetic latitude, radians, + = North
  75  *         alt          C.G. altitude above mean sea level, ft
  76  *
  77  *     OUTPUTS:
  78  *         sl_radius    SEA LEVEL radius to earth center, ft (add Altitude to
  79  *                      get true distance from earth center.
  80  *         lat_geoc     Geocentric latitude, radians, + = North
  81  *
  82  */
  83
  84 void fgGeodToGeoc( double lat_geod, double alt, double *sl_radius,
  85                       double *lat_geoc )
  86 {
  87     double lambda_sl, sin_lambda_sl, cos_lambda_sl, sin_mu, cos_mu, px, py;
  88
  89     lambda_sl = atan( E*E * tan(lat_geod) ); /* sea level geocentric latitude */
  90     sin_lambda_sl = sin( lambda_sl );
  91     cos_lambda_sl = cos( lambda_sl );
  92     sin_mu = sin(lat_geod);     /* Geodetic (map makers') latitude */
  93     cos_mu = cos(lat_geod);
  94     *sl_radius =
  95         sqrt(RESQ_KM / (1 + ((1/(E*E))-1)*sin_lambda_sl*sin_lambda_sl));
  96     py = *sl_radius*sin_lambda_sl + alt*sin_mu;
  97     px = *sl_radius*cos_lambda_sl + alt*cos_mu;
  98     *lat_geoc = atan2( py, px );
  99 }
 100
 101
 102 /***************************************************************************
 103
 104         TITLE:  ls_geodesy
 105
 106 ----------------------------------------------------------------------------
 107
 108         FUNCTION:       Converts geocentric coordinates to geodetic positions
 109
 110 ----------------------------------------------------------------------------
 111
 112         MODULE STATUS:  developmental
 113
 114 ----------------------------------------------------------------------------
 115
 116         GENEALOGY:      Written as part of LaRCSim project by E. B. Jackson
 117
 118 ----------------------------------------------------------------------------
 119
 120         DESIGNED BY:    E. B. Jackson
 121
 122         CODED BY:       E. B. Jackson
 123
 124         MAINTAINED BY:  E. B. Jackson
 125
 126 ----------------------------------------------------------------------------
 127
 128         MODIFICATION HISTORY:
 129
 130         DATE    PURPOSE                                         BY
 131
 132         930208  Modified to avoid singularity near polar region.        EBJ
 133         930602  Moved backwards calcs here from ls_step.                EBJ
 134         931214  Changed erroneous Latitude and Altitude variables to
 135                 *lat_geod and *alt in routine ls_geoc_to_geod.          EBJ
 136         940111  Changed header files from old ls_eom.h style to ls_types,
 137                 and ls_constants.  Also replaced old DATA type with new
 138                 SCALAR type.                                            EBJ
 139
 140         CURRENT RCS HEADER:
 141
 142 $Header$
 143 $Log$
 144 Revision 1.1  1998/04/08 23:21:11  curt
 145 Adopted Gnu automake/autoconf system.
 146
 147 Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 148 Incorporated Paul Bleisch's <bleisch@chromatic.com> new debug message
 149 system and commandline/config file processing code.
 150
 151 Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 152 Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 153 This should simplify things tremendously.
 154
 155 Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 156 Add xgl wrappers for debugging.
 157 Generate terrain normals on the fly.
 158
 159 Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 160 Initial revision.
 161
 162 Revision 1.1  1997/05/29 00:09:56  curt
 163 Initial Flight Gear revision.
 164
 165  * Revision 1.5  1994/01/11  18:47:05  bjax
 166  * Changed include files to use types and constants, not ls_eom.h
 167  * Also changed DATA type to SCALAR type.
 168  *
 169  * Revision 1.4  1993/12/14  21:06:47  bjax
 170  * Removed global variable references Altitude and Latitude.   EBJ
 171  *
 172  * Revision 1.3  1993/06/02  15:03:40  bjax
 173  * Made new subroutine for calculating geodetic to geocentric; changed name
 174  * of forward conversion routine from ls_geodesy to ls_geoc_to_geod.
 175  *
 176
 177 ----------------------------------------------------------------------------
 178
 179         REFERENCES:
 180
 181                 [ 1]    Stevens, Brian L.; and Lewis, Frank L.: "Aircraft
 182                         Control and Simulation", Wiley and Sons, 1992.
 183                         ISBN 0-471-61397-5
 184
 185
 186 ----------------------------------------------------------------------------
 187
 188         CALLED BY:      ls_aux
 189
 190 ----------------------------------------------------------------------------
 191
 192         CALLS TO:
 193
 194 ----------------------------------------------------------------------------
 195
 196         INPUTS:
 197                 lat_geoc        Geocentric latitude, radians, + = North
 198                 radius          C.G. radius to earth center, ft
 199
 200 ----------------------------------------------------------------------------
 201
 202         OUTPUTS:
 203                 lat_geod        Geodetic latitude, radians, + = North
 204                 alt             C.G. altitude above mean sea level, ft
 205                 sea_level_r     radius from earth center to sea level at
 206                                 local vertical (surface normal) of C.G.
 207
 208 --------------------------------------------------------------------------*/
 209
 210
 211 /* $Log$
 212 /* Revision 1.1  1998/04/08 23:21:11  curt
 213 /* Adopted Gnu automake/autoconf system.
 214 /*
 215  * Revision 1.4  1998/01/27 00:47:59  curt
 216  * Incorporated Paul Bleisch's <bleisch@chromatic.com> new debug message
 217  * system and commandline/config file processing code.
 218  *
 219  * Revision 1.3  1998/01/19 19:27:12  curt
 220  * Merged in make system changes from Bob Kuehne <rpk@sgi.com>
 221  * This should simplify things tremendously.
 222  *
 223  * Revision 1.2  1997/12/15 23:54:54  curt
 224  * Add xgl wrappers for debugging.
 225  * Generate terrain normals on the fly.
 226  *
 227  * Revision 1.1  1997/07/31 23:13:14  curt
 228  * Initial revision.
 229  *
 230  */